Densidad de Campo Metodo
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DENSIDAD DE CAMPO METODO DE CONO Y ARENA El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad. Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.). Aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio central de igual diámetro al del embudo (figura 2.11.). - Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,85 mm.) y queda retenida en la malla Nº 30 ASTM (0,60 mm.). o Dos balanzas, de capacidad superior a 10 kgs. y 1000 grs., con precisión de 1 gr. y de 0,01 gr. Respectivamente. o Equipo de secado, podrá ser un hornillo o estufa de terreno. - Molde patrón de compactación de 4" de diámetro y 944 cc. de capacidad MONTAJE DEL ENSAYO Se coloca la placa y se procede a cavar con ayuda de un cincel Se procede a pesar el cono con la arena ya en su interior como peso inicial Se observa ya la cavidad formada se procura que las paredes estén uniformes, también se ve el materia extraído se procura que no pierda su humedad natural
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DENSIDAD DE CAMPO METODO
DE CONO Y ARENA
El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad y la densidad.
Es el método lejos más utilizado. Representa una forma indirecta de obtener el volumen del agujero utilizando para ello, una arena estandarizada compuesta por partículas cuarzosas, sanas, no cementadas, de granulometría redondeada y comprendida entre las mallas Nº 10 ASTM (2,0 mm.) y Nº 35 ASTM (0,5 mm.).Aparato cono de arena, compuesto por una válvula cilíndrica de 12,5 mm. de abertura, con un extremo terminado en embudo y el otro ajustado a la boca de un recipiente de aproximadamente 4 lts. de capacidad. El aparato deberá llevar una placa base, con un orificio central de igual diámetro al del embudo (figura 2.11.).- Arena estandarizada, la cual deberá ser lavada y secada en horno hasta masa constante. Generalmente se utiliza arena de Ottawa, que corresponde a un material que pasa por la malla Nº 20 ASTM (0,85 mm.) y queda retenida en la malla Nº 30 ASTM (0,60 mm.).
o Dos balanzas, de capacidad superior a 10 kgs. y 1000 grs., con precisión de 1 gr. y de 0,01 gr. Respectivamente.
o Equipo de secado, podrá ser un hornillo o estufa de terreno. - Molde patrón de compactación de 4" de diámetro y 944 cc. de capacidad
MONTAJE DEL ENSAYO
Se coloca la placa y se procede a cavar con ayuda de un cincel
Se procede a pesar el cono con la arena ya en su interior como peso inicial
Se observa ya la cavidad formada se procura que las paredes estén uniformes, también se ve el materia extraído se procura que no pierda su humedad natural
Se procede acolocar el cono de arena y abrir la llave hasta que se llene de arena la cavidad hecha
Se procede a pesar el cono de arena con el resto de arena que quedo como peso final.
|METODO CONO DE ARENA |
|Y |
|DENSIMETRO NUCLEAR |
|NOMBRES INTEGRANTES | |
|CURSO |1º CONSTRUCCION CIVIL |
|PROFESOR | |
|FECHA ENTREGA INFORME |20-10-2011 |
INTRODUCCION
Con el paso de los años la tecnología ha avanzado en forma significativa en todas las
áreas por lo que el hombre ha tenido exigencias mayores a la hora de realizar su
trabajo, teniendo que incorporar la tecnología a sus labores ocupacionales.
En estos últimos años el área de la construcción, se ha desarrollado de forma
considerable, basta con solo ver los grandes edificios y autopistas que se han
construido.
Es por estas razones que a la hora de construir hay que considerar distintos
aspectos como materiales, resistencia de estos, calidad, entre otras.
Pero lo más importante es saber el estado de la superficie sobre la cual se quiere
construir de acuerdo al uso que se le va a dar y la forma más confiable es verificar
los suelos mediante ensayos de cono de arena y densímetros nucleares.
A continuación usted procederá a revisar nuestro trabajo el cual fue hecho con
mucha dedicación y esfuerzo, esperamos este sea de su total agrado y
entendimiento.
SUELOS: METODO PARA DETERMINAR LA RELACION HUMEDAD/DENSIDAD
– ENSAYE PROCTOR NORMAL.
Alcances y Campo de Aplicación: Este método establece el procedimiento para
determinar la relación entre humedad y la densidad de un suelo compactado en un
molde normalizado. En los suelos que no permiten obtener una curva definida de
relación humedad/densidad y que contengan menos de un 12% de partículas
menores que 0,080 mm.
Se describen cuatro procedimientos alternativos:
a) Método A – molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el
tamiz de 5 mm.
b) Método B – molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el
tamiz de 5 mm.
c) Método C – molde de 100 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el
tamiz de 20 mm.
d) Método D – molde de 150 mm de diámetro: material de suelo que pasa por el tamiz
de 20 mm.
Aparatos
Moldes Metálicos: Deben ser de forma cilíndrica que pueden estar constituidos por
una pieza completa o hendida por una generatriz o bien por dos piezas cilíndricas
ajustables.
El molde debe contar con un collar separable de aproximadamente 60 mm de altura.
El conjunto de molde y collar debe estar construido de modo que pueda ajustarse
firmemente a una placa base. Optativamente puede estar provisto de un dispositivo
para extraer las muestras compactadas en el molde (extrusor).
Molde de 100 mm de Diámetro Nominal: Debe tener una capacidad (V) de 0,944+-
0,008 I, un diámetro interno de 101,6 +- 0,4 mm y altura de 116,4 +- 0,1 mm.
Molde de 150 mm de Diámetro Nominal: Debe tener con una capacidad (V) de 2,124
+- 0,021 I, un diámetro interno de 152,4 +- 0,7 mm y altura de 116,4 +- 0,1 mm.
Pisón Metálico: Debe tener una cara circular de 50 +- 0,2 mm de diámetro y una masa
de 2500 +- 10g. Debe estar equipado con una guía tubular para controlar la altura de
caída a 305 +- 2 mm. La guía debe tener a lo menos cuatro perforaciones no menores
a 10 mm ubicadas a 20 mm de cada extremo, separadas en 90º entre sí y dejar una
holgura suficiente para no restringir la libre caída del pisón. También se puede
emplear otros tipos de pisón siempre que se obtenga la misma energía específica de
compactación y siempre que se calibre con varios tipos de suelo, de modo de obtener
los mismos resultados de relación humedad/densidad.
Probetas Graduadas: Una de 500 cm3 de capacidad, graduada a 5 cm3 y otra de 250
cm3 de capacidad, graduada a 2,5 cm3.
Balanzas:
Una de 10 Kg de capacidad y resolución de 5 g y otra de 1 kg. De capacidad y 0,1 g
de resolución.
Horno: La temperatura debe poder regularse y contar con circulación de aire.
Regla de Acero: De 300 mm de largo y con un canto biselado.
Tamices: Tejidos de alambre de abertura cuadrada.
Herramientas: Herramientas y paila para mezclar, cuchara, llana, espátula, etc., o un
dispositivo mecánico para mezclado.
Calibración del molde
Pesar y registrar la masa del molde vacio sin collar (mm), aproximadamente a 1 g.
Determinar la capacidad volumétrica del molde como sigue:
a) Coloque glicerina u otro material impermeabilizante en la unión entre el cilindro y la
placa base y ajustarlos firmemente sin collar.
b) Colocar el molde sobre una base firme, plana y horizontal.
c) Llenar el molde con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de vidrio,
eliminando burbujas de aire y el exceso de agua;
d) Determinar la masa de agua que llena el molde (mw), aproximadamente 1 g.
e) Mida la temperatura del agua y determine su densidad de acuerdo con la Tabla si
fuera necesario.
Densidad del agua según temperatura
|Temperatura º C |Densidad (Kg/m3)(g/l) |
|16 |999.09 |
|18 |998,59 |
|20 |998,20
|
|23 |997,54 |
|26 |996,78 |
|29 |995,94 |
f) Determine y registre la capacidad volumétrica aproximando a 1 cm3 (1ml),
dividiendo la masa de agua que llene el molde por su densidad: V=mW/pw.
Extracción de Muestras: Las muestras se deben obtener de acuerdo con lo indicado
por las especificaciones técnicas correspondientes, en el caso de controles de obras o
lo indicado por el profesional responsable, en el caso de una prospección.
Preparación de muestras
Secar la muestra al aire o en horno a una temperatura menor a 60º C, hasta que se
vuelva desmenuzable. Disgregue luego los terrones, evitando reducir el tamaño
natural de las partículas.
Pase por tamiz de 5 mm para métodos A y B y por el tamiz de 20 mm para los
métodos C y D, respectivamente. Descarte el material retenido.
Nota: Si el método D (molde de 150 mm) es conveniente mantener el porcentaje de
material grueso (que pasa por el tamiz y retenido en el tamiz de 5 mm) del material
original, proceder como sigue:
- Determinar por tamizado el porcentaje de material que pasa por el tamiz de 50 mm y
es retenido en el tamiz de 20 mm.
- Reemplazar ese material por una masa igual de material que pasa por el tamiz de 20
mm y es retenido en 5 mm, tomada de la porción no utilizada del
material original.
Tamaño de la muestra de Ensaye: Del material preparado, obtener un tamaño de
muestra de ensaye de acuerdo a la siguiente tabla:
|Molde |Método |Masa mínima de la Muestra (g)0 |Masa aproximada de fracción de |
|(mm) | | |muestra para cada determinación|
|100 |A y C |15.000 |3.000 |
|150 |B y D |30.000 |6.000 |
Acondicionamiento de la muestra de Ensaye.
Homogenice el material de la muestra de ensaye y separe en cinco fracciones del
tamaño indicado.
Mezclar completamente cada fracción por separado con agua suficiente para que las
humedades alcanzadas por las 5 fracciones varíen aproximadamente dos puntos
porcentuales entre sí y que se distribuyan próximas a la humedad óptima.
Curar cada fracción durante el tiempo necesario para que las fases líquidas y sólidas
se mezclen homogéneamente.
Nota: En suelos de alta plasticidad este plazo no debe ser menor que 24 h. en suelos
de plasticidad bastara con 3 h y en los de plasticidad nula con 30 minutos.
Procedimiento de Ensaye
Colocar el molde con su collar sobre una base firme, plana y horizontal (tal como la
provista por un cubo o cilindro de hormigón 90 Kg o más).
Llenar el molde con una de las fracciones de muestra como sigue:
a) Colocar una capa de material de aproximadamente un quinto de la altura del molde
más el collar.
b) Compactar la capa con 25 golpes de pisón, uniformemente distribuidos en el molde
de 100 mm (método A y C) y 56 golpes en el molde de 150 mm (método B y D).
c) Repita cuatro veces las operaciones a) y b), escarificando ligeramente las
superficies compactadas antes de agregar una nueva capa. Al compactar la última
capa debe quedar un pequeño exceso de material por sobre el borde del molde.
Terminada la compactación, retire el collar y enrase cuidadosamente con la regla al
nivel del borde del molde. Tape con material más fino los agujeros superficiales que
resulten de la remoción de partículas gruesas en el enrasado.
Pese el molde con el suelo compactado. Reste la masa del molde para determinar la
masa de suelo compactado que llene el molde (m). Registre aproximando 1 g.
Determine la densidad húmeda del suelo compactado (Ph) dividiendo la masa del
suelo compactado que llena el molde por la capacidad volumétrica del molde:
Ph = m/V
Registre aproximando a 10 Kg/m3.
Retire el material del molde y extraiga dos muestras representativas del suelo
compactado. Coloque en recipientes herméticos y efectúe dos determinaciones como
humedad del suelo compactado (w).
Repita las operaciones con cada una de las fracciones resultantes, hasta que haya un
decrecimiento en la densidad húmeda del suelo, con un mínimo de cinco
determinaciones. El ensaye se debe efectuar desde la condición más seca a la
condición más húmeda.
Expresión de resultados
Densidad seca: Calcule la densidad seca del suelo compactado por cada
determinación, de acuerdo a la siguiente fórmula, aproximando a 10 Kg/m3.
Pd = 100 Ph / w +100
Donde:
Pd: Densidad seca del suelo compactado (Kg/m3)
Ph: Densidad húmeda del suelo compactado (Kg/m3)
w: Humedad del suelo compactado.
Relación Humedad – Densidad
a) Construir un gráfico con la densidad seca del suelo compactado en las ordenadas y
la humedad en las abscisas.
Nota: Se debe incluir en el gráfico la curva paramétrica correspondiente al 100% de
saturación para la densidad de partículas sólidas del suelo ensayado.
b) Registre los puntos correspondientes a cada determinación y construya con una
curva conectando dichos puntos.
c) Exprese la humedad óptima (W0) como la correspondiente al punto máximo de la
curva.
d) Exprese la densidad seca máxima (Pd máx.) como la correspondiente a la
humedad óptima.
Informe: El informe debe incluir lo siguiente:
a) Método empleado (modificado A, B, C y D).
b) Humedad óptima.
c) Densidad seca máxima.
d) En métodos C y D, indicar el % de material retenido en 20 mm y su descarte o
reemplazo.
e) Cualquier información específica respecto al ensaye o al suelo en estudio.
f) La referencia a este método.
SUELOS: METODO DEL CONO DE ARENA PARA DETERMINAR LA DENSIDAD EN
EL TERRENO
Alcances y Campo de Aplicación
Este método establece un procedimiento para determinar en terreno la densidad de
suelos cuyo tamaño máximo absoluto de partículas sea menor o igual a 50 mm (2”) en
un caso y menor o igual a 150 mm (6”) en el otro.
Este procedimiento está referido a dos equipos utilizados en la medición del volumen
de la perforación: cono de arena de 6”convensional) y cono de arena de 12”
(macrocono).
Referencias
- Norma NCh 1516-79 Mecánica de Suelos. Determinación de la densidad en el
terreno. Método en el cono de arena.
- Método 8.102.2 Suelos: método para determinar el contenido de humedad.
- Método 8.202.20 Agregados Pétreos: Método para determinar la densidad real, la
densidad neta y la absorción de agua en pétreos gruesos.
Aparatos
Conos de Densidad
a) Cono convencional: Es un aparato medidor de volumen, provisto de una válvula
cilíndrica de 12,5 mm de abertura, que controla el llenado de un cono de 6” de
diámetro y 60º de ángulo basal. Un extremo termina en forma de embudo y su otro
extremo se ajusta a la boca de un recipiente de aproximadamente 5 l de capacidad.
La válvula debe tener topes que permitan fijarla en su posición completamente
cerrada o completamente abierta. El aparato debe llevar una placa base.
Nota 1: El aparato descrito puede usarse con perforaciones de ensaye de
aproximadamente 3 litros.
Nota 2: El uso de la placa base facilita la ubicación del cono de densidad, permite
reducir pérdidas al transferir el suelo desde la perforación al envase y proporciona una
base más sólida en suelos blandos. Esta placa debe considerarse como parte
constituyente del cono de densidad durante el ensaye.
b) Macrocono: Es un aparato medidor de volumen, de forma similar al cono
convencional, construido proporcionalmente a una escala mayor y que utiliza la misma
válvula que el cono convencional. A diferencia de este último, el macrocono controla
el llenado de un cono de 12” de diámetro de diámetro y su recipiente tiene una
capacidad aproximada de 35 l.
Este equipo permite el control de capas de suelo de espesor mayor que 20 cm y de
hasta 150 mm (6”) de tamaño máximo absoluto de partículas.
Este aparato utiliza la misma arena normalizada que el cono convencional. La
densidad debe ser calibrada con una medida volumétrica de altura igual al espesor de
la capa por controlar.
Arena Normalizada de Ensaye: Se compone de partículas cuarzosas sanas,
subredondeadas, no cementadas y comprendidas entre 2 mm y 0,5 mm. Debe estar
lavada y seca en horno a 110+- 5º C.
Para calibrar la arena deben efectuarse cinco determinaciones de su densidad
aparente empleando la misma muestra representativa.
Para su aceptación, la diferencia entre los valores extremos de las cinco
determinaciones efectuadas no deberá exceder de 1,5 % respecto de la media
aritmética de ellas.
Depósito para Calibración de Arena
a) En el caso del cono convencional, el depósito consiste en un recipiente metálico, de
forma cilíndrica, de 165 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad
volumétrica entre 3 y 3,5 litros.
b) En el caso del macrocono, el depósito consiste en un recipiente metálico, también
de forma cilíndrica, de 300 mm de diámetro interior, impermeable y una capacidad
volumétrica aproximada de 21 litros.
Balanzas: Una con capacidad de 20 Kg y resolución de 1 g cuando se utilice el cono
convencional, y otra de 590 kg y resolución de 10 g cuando se use el macrocono.
Envases: Recipientes con tapa, tarros de hojalata sin costura con tapa hermética,
bolsas de polietileno u otros recipientes adecuados para contener las muestras y la
arena de ensaye, respectivamente.
Herramientas y Accesorios: Picota, chuzo, pala, para despejar o alcanzar la cota del
punto de medición; combo, cuchillo, martillo, pala jardinera, punto, cincel, cuchara,
brocha y huincha de medir, para cavar la perforación de ensaye; termómetro y placas
de vidrio para calibrar los depósitos, regla metálica para enrase, libreta de apuntes y/o
fichas de registros de datos.
Procedimiento de Calibración de la Arena de Ensaye
Determinación de la Capacidad Volumétrica del Depósito
a) Coloque el depósito limpio y seco sobre una superficie firme y horizontal.
b) Llene el depósito con agua a temperatura ambiente y enrase con una placa de
vidrio, eliminando burbujas de aire y el exceso de agua.
c) Determine la masa de agua que llena el depósito (mw), aproximando 1g.
d) Mida la temperatura del agua y determine su densidad (pw).
e) Determine y registre la capacidad volumétrica (Vm), aproximando a 1 cm3,
dividiendo la masa de agua que llena el depósito por su densidad:
VM = mw/pw
DENSIDAD DEL AGUA SEGÚN LA TEMPERATURA
| | |
|Temperatura (Cº) |Densidad (g/cm3) |
|8 |0,9999 |
|9 |0,9998
METODOS PARA AUSCULTACIONES Y PROSPECCIONES
AUSCULTACIONES Y PROSPECCIONES: METODO NUCLEAR PARA
DETERMINAR IN SITU LA DENSIDAD DE SUELOS (MEDICIÓN SUPERFICIAL)
Alcances y campos de aplicación.
Introducción: Este método describe los procedimientos para determinar la densidad in
situ de suelos y agregados pétreos mediante un grupo nuclear. En general, la
densidad total o densidad húmeda del material bajo ensaye se determina colocando
una fuente gamma y un detector gamma instalado sobre, dentro o adyacente al
material a medir. Estas variaciones en la geometría del ensaye se presentan como
retrodispersión, transmisión directa o separación por colchón de aire respectivamente.
La intensidad de la radiación detectada depende, en parte, de la densidad del material
bajo ensaye; la lectura de la intensidad de la radiación se transforma a densidad
húmeda por una curva de calibración apropiada.
Debe destacarse que la densidad determinada por este método no es,
necesariamente, el promedio de las densidades existentes en el interior del volumen
envuelto en la medición y que el equipo utiliza materiales radiactivos que pueden ser
peligrosos para la salud de los operadores, a menos que se tomen las precauciones
adecuadas.
[pic]
Métodos de ensayo.
Fuente: Manual de compactación CAT., 1990.
Determinación de la Densidad: El método permite determinar la densidad total o
densidad húmeda de suelos y agregados pétreos in situ, por la atenuación de los
rayos gamma cuando la fuente gamma y el detector gamma, o ambos, permanecen
en o cerca de la superficie. Los procedimientos que se describen son normalmente
satisfactorios para determinaciones en espesores de aproximadamente 50 a 300 mm,
dependiendo del tipo de geometría usado en el ensaye.
Se presentan tres métodos que son los siguientes:
- Método A Retrodispersión: acápite 5
- Método B Transmisión: acápite 6
- Método C Colchón de aire: acápite 7
Significado: Los procedimientos que se describen son útiles como técnicas no
destructivas rápidas para la determinación in situ de la densidad húmeda de suelos y
agregados pétreos. Las hipótesis fundamentales, inherentes al método, son que la
dispersión de Compton es la interacción dominante y que el material bajo ensaye es
homogéneo.
Son ensayos muy convenientes para la aceptación y control de suelos y agregados
pétreos para la construcción, así como también para la investigación y desarrollo. Los
resultados pueden verse afectados por la composición química, la heterogeneidad de
la muestra y la textura de la superficie del material ensayado. Las técnicas además
demuestran una predisposición especial donde el aparato es más sensible a ciertas
regiones del material bajo ensaye.
Calibración.
Curvas de Calibración: Las curvas de calibración se establecen determinando la razón
de conteo nuclear de cada uno de varios materiales diferentes de densidades
conocidas, trazando la razón de conteo versus cada densidad y ajustando una curva
por los puntos resultantes. La razón de los conteos nucleares debe determinarse
promediando un mínimo de 4 períodos de medición de por lo menos 1 minuto cada
uno. El método usado para establecer la curva debe ser el mismo que se va a usar
para determinar la densidad. La densidad de los materiales usados para establecer la
curva de calibración debe ser uniforme y variar dentro de un rango que incluye la
densidad de los materiales que se ensayarán.
a) Las Curvas de Calibración pueden definirse en base a lo siguiente:
- Bloques de densidad conocida: Los materiales considerados satisfactorios para usar
en bloques incluyen el granito, aluminio laminado, caliza y, magnesio. Para
transmisión directa debe perforarse un hoyo en los bloques con las tolerancias de
dimensión dadas.
Nota: Debido al efecto de las diferentes composiciones químicas, las curvas de
calibración pueden no ser aplicables a los materiales no representados al
establecerlas.
Los bloques metálicos son adecuados sólo para determinar la forma y pendiente de la
curva de calibración. La correcta localización de la curva debe ser determinada por
ensayes sobre bloques o materiales de composición similar a la encontrada en el
campo del ensaye.
Nota: El uso de los suelos es ventajoso porque son durables y proporcionan
referencias de densidad estables. Los bloques y contenedores preparados deben ser
suficientemente grandes para no cambiar la razón de conteos observados si se
aumenta cualquier dimensión. Las dimensiones mínimas de los bloques deben ser
300 mm de ancho por 350 mm de profundidad por 600 mm de largo.
Los contenedores preparados deben ser bastante amplios para permitir la rotación del
medidor en 90º. Las dimensiones mínimas para los contenedores de muestreo de
suelos deben ser de 600 mm de ancho por 600 mm de largo por 350 mm de
profundidad. Para calibración en retrodispersión solamente, es adecuada una
profundidad de no menos de 150 mm.
Control de las Curvas de Calibración: Las curvas de calibración para instrumentos
recién adquiridos deben controlarse. También deben efectuarse controles si por
cualquier razón los resultados de los ensayes de rutina se estiman inexactos. Para el
método de retrodispersión, las curvas de calibración deben controlarse también para
ensayes en materiales ensayados previamente, y que pueden tener composiciones
químicas diferentes.
Las curvas pueden ser controladas en bloques o contenedores preparados.
Ajuste de la Curva de Calibración: Cuando use bloques o contenedores de materiales
preparados de densidad conocida para chequear la calibración, trace la razón de
conteo versus cada densidad conocida descrita. Si los puntos no can en las curvas de
calibración original por una curva paralela por los punto trazados.
Cuando use cono de arena, globo de agua u otro método para controlar la calibración,
compare el promedio de por lo menos 5 posiciones de un ensaye nuclear y un ensaye
de cono de arena u otro método, en la misma ubicación en cada área , proceda
ajustar de la siguiente forma:
a) Si la densidad de cada uno de los ensayes de comparación determinados por el
cono de arena, u otro método, varia en menos de 80 Lg/m3 de la densidad
determinada por el método nuclear y si el promedio de todos los ensayes de cono de
arena, etc., difiere menos de 32 Kg/m3 del promedio de todos los ensayes nucleares
correspondientes, no es necesario hacer ajustes a la curva de calibración.
b) Si el promedio de todas las determinaciones de densidad por el cono de arena, u
otro método está a más de 32 Kg/m3 por encima o debajo del promedio de todos los
ensayes nucleares correspondientes, los ensayes subsiguientes deben ser ajustados
en el monto de la diferencia de los promedios.
c) El promedio de diferencias obtenido en b) puede ser usado para trazar una curva
de calibración corregida, que será paralela a la curva de calibración original y
desplazada en la cantidad y dirección determinada en b).
Nota: Ajustar curvas de calibración es una tarea compleja y debe ser ejecutada sólo
por aquellos que tengan conocimiento en este campo.
Precisión
Cualquier equipo que se use ajustándose a los procedimientos que se describen en
este método deberá satisfacer estos requerimientos para la precisión del sistema.
La precisión del sistema está determinada por la gradiente de la curva de calibración y
la desviación estadística de las señales (rayos gamma detectados) en cuentas por
minuto (cpm):
P = _S__
m
Donde:
P: Precisión
S: Desviación normal, (cpm).
M: Gradiente, (cpm/Kg/m3).
Procedimiento A, Retrodispersión.
a) Fuente Gamma; Deberá ser una fuente de isótopos radiactivos encapsulada y
sellada.
b) Detector Gamma; Puede ser de cualquier tipo.
c) Dispositivo de lectura; Puede ser un escalar. Normalmente contiene la fuente de
alto voltaje necesario para operar el detector y una fuente de bajo voltaje para operar
el dispositivo de la lectura y los equipos necesarios.
d) Caja; La fuente, el detector, el dispositivo de lectura, la fuente de poder deberán
estar en cajas de construcción sólida, a prueba de humedad y polvo.
Nota: La fuente gamma, el detector, el dispositivo de lectura y la fuente de poder
pueden estar en cajas separadas, o combinadas e integradas con un sistema de
medición nuclear de la humedad.
e) Patrón de referencia; de densidad uniforme e invariable, que será provisto con cada
medidor con el propósito de controlar la operación del equipo, la cuenta ambiental y
para establecer condiciones para determinar la reproducibilidad de las cuentas.
f) Equipo para la preparación del terreno; Puede usarse una placa de acero, plana u
otras herramientas adecuadas para emparejar el terreno a las condiciones requeridas.
Normalización.
a) Se requiere normalizar el equipo de un patrón de referencia al inicio de cada día de
uso y cuando las medidas de lo ensayes sean sospechosos.
b) Emplee un tiempo de estabilización para el equipo de acuerdo a las instrucciones
del fabricante.
c) Tome por lo menos 4 lecturas repetitivas de por lo menos un minuto cada una con
el medidor sobre el patrón de referencia. Esto constituye un control de normalización.
d) Si el promedio de las 4 lecturas repetitivas esta fuera de los límites puestos por la
ecuación, repita el ensaye de normalización. Si el segundo control de normalización
satisface esa ecuación, considere que el equipo está en condiciones satisfactorias; y
si no satisface la ecuación chequee la calibración. Si el chequeo de calibración
muestra que no hay cambios significativos en la curva de calibración, establezca un
nuevo conteo de referencia N0 y si el chequeo de calibración muestra que hay una
diferencia significativa en la curva de calibración, repare y recalibre el instrumento.
Ns = No +- 1,96 No
Donde:
Introducción: Este método define los procedimientos para determinar in situ, el
contenido de humedad de suelos y agregados, mediante el empleo de equipo nuclear.
Estos equipos están calibrados para determinar el contenido de humedad, como peso
por unidad de volumen del material (kilos por metro cúbico).
El término contenido de humedad, como se usa normalmente, se define como la
razón, expresada en porcentaje, entre masa de agua contenida en el suelo y la masa
de las partículas sólidas de ese suelo; con este procedimiento se determina dividiendo
el contenido de humedad (kilos por metro cúbico) por la densidad seca del suelo (kilos
por metro cúbico). Es por ello que el cómputo del contenido de humedad, usando el
densímetro nuclear, requiere también determinar la densidad seca del material a
ensayar.
La mayoría de los equipos nucleares disponibles, son capaces para medir ambos; el
contenido de humedad (kilos por metro cúbico) y la densidad húmeda; la diferencia
entre estas dos medidas entrega la densidad seca. Debe destacarse que el contenido
de humedad que se determina por este método no es necesariamente, el promedio de
humedad dentro del volumen de la muestra involucrada en la medida.
El equipo utiliza materiales radioactivos que pueden ser peligrosos para la salud de
los operadores, a menos que se tomen las precauciones necesarias.
Determinación del Contenido de Humedad. El método determina in situ, el contenido
de humedad en suelos y agregados pétreos, por medio de la moderación o
disminución de velocidad de neutrones rápidos, cuando la fuente de neutrones y el
detector térmico de los neutrones permanecen en la superficie.
Referencias. Los procedimientos que se describen también se refieren a los
siguientes métodos:
- Método .102.9 Suelos: Método del cono de arena para determinar la densidad del
terreno.
- Método 8.102.2 Suelos: Método para determinar el contenido de humedad.
Procedimiento General y significado.
Procedimiento. El contenido de humedad del material ensayado se determina
colocando una fuente de neutrones rápidos y un detector térmico de neutrones, sobre
o adyacente al material a ensayar. La intensidad o disminución de velocidad de los
neutrones moderados depende del contenido de humedad del material ensayado y la
humedad se determina por la relación entre el conteo nuclear y el peso del agua por
unidad de volumen del suelo.
Significado.
a) El método es útil como una técnica rápida y no destructiva para determinar in situ el
contenido de humedad de los suelos y agregados pétreos. Las hipótesis
fundamentales inherentes al método son que el hidrógeno presente está en forma de
agua y que material bajo ensaye es homogéneo.
b) El método es conveniente para el control y ensaye de aceptación de suelos y
agregados pétreos para construcción, investigación y desarrollo. Los resultados del
ensaye pueden ser afectados por la composición química, heterogeneidad de la
muestra y en un menor grado, por la densidad y la textura superficial del material
ensayado. La técnica también provee un dispositivo corrector para afinar las
diferencias de conteos por estas causas.
Precauciones de Seguridad. Los equipos utilizan materiales radioactivos que pueden
ser peligrosos para la salud del operador, a menos que se tomen las precauciones
necesarias. Los operadores de este equipo deben estar familiarizados con las normas
de seguridad y radioprotección vigentes. Para operar estos equipos es esencial la
instrucción previa del operador sobre los procedimientos rutinarios de seguridad, tales
como chequeos de fuga de la fuente, utilización y evaluación del dosímetro, uso de
contadores, etc.
Equipos.
Fuente de Neutrones Rápidos. Está constituida por un material isótopo, como el
americium-berilio-el radio-berilio o una fuente electrónica, como un generador de
neutrones.
Aparato Lector de Salida. Generalmente el aparto lector de salida contiene la fuente
de alto voltaje necesaria para operar el detector y una fuente de bajo voltaje para
operar los equipos de salida y accesorios.
Cajas. La fuente, el detector y el aparato lector deben colocarse en cajas de
construcción sólida, a prueba de la humedad y del polvo.
Nota: La fuente de neutrones, el detector, el lector de salida y la fuente de poder
pueden estar guardados separadamente, o pueden estar combinadas e integradas
con un sistema medidor de densidad nuclear.
Referencia Patrón. Sirve para controlar la correcta operación del equipo y conteos de
efectos ambientales y para establecer condiciones de reproducibilidad de la razón de
conteo.
Equipo para preparación del sitio de ensaye. Una plancha de acero, regla u otro
elemento adecuado para nivelar, puede usarse para emparejar el sitio del ensaye a la
condición requerida.
Calibración.
Curvas de calibración. Se establecen determinando mediante ensayes, la razón de
conteos nuclear de cada una de varias muestras con diferentes contenidos de
humedad. Trazando la razón de conteos versus el contenido de humedad conocido,
se dibuja una curva por los puntos resultantes. El método y el procedimiento de
ensaye usado para establecer la curva debe ser el mismo que se usa para determinar
el contenido de humedad del material por ensayar. El contenido de humedad de los
materiales usados para establecer la curva de calibración deben ser de densidad y
humedad uniformes y variar dentro de un rango que incluya el contenido de humedad
de los materiales que se van a ensayar.
Nota: Debido al efecto de la composición química, algunas curvas de calibración
suministradas con el equipo pueden no ser aplicables a todos los materiales bajo
ensaye. Por otra parte, las curvas de calibración deben ser chequeadas y ajustadas si
es necesario.
Las curvas de calibración pueden establecerse empleando los siguientes
procedimientos:
a) Prepare moldes con suelo o agregados pétreos compactados con contenido de
humedad conocido; deben ser suficientemente amplios para que no cambie el conteo
observado, si se aumenta en cualquier dimensión. Si el contenido de hidrógeno de un
material puede ser calculado de su densidad y fórmula química y asegurando que
éstas son exactamente conocidas, se puede obtener un punto de calibración más
confiable en comparación con los métodos de secado al horno.
b) Bloques de calibración permanente o compuestos químicos con cantidades
normalizadas de hidrógeno que produzcan respuestas al medidor nuclear equivalente
a un contenido de humedad conocido. Un material sin hidrógeno tal como magnesio
se puede usar para el contenido cero de agua.
Nota: Dimensiones de aproximadamente 600 mm de largo por 450 mm de ancho y
450 mm de profundidad son suficientemente satisfactorias.
Control de las Curvas de Calibración. Las curvas de calibración para los instrumentos
nuevos o reparados, deben controlarse con prioridad en ensayes de materiales que
son claramente diferentes a los materiales que son claramente diferentes a los
materiales empleados previamente para obtener la curva de calibración. Estas curvas
de calibración pueden comprobarse empleando los procedimientos descritos.
Ajustes de las Curvas de Calibración. Cuando los moldes preparados con material de
humedad conocida se van a usar para chequear la calibración, dibuje la razón de
conteos contra cada contenido de humedad conocido. Si los puntos no caen de una
manera casual sobre o al lado de la curva de calibración establecida, reemplace la
curva original de calibración por otra trazada por los puntos de control.
a) Si el contenido de humedad de cada uno de los ensayes de comparación
determinadas por cualquiera de los métodos de calibración de arriba, está
casualmente sobre la curva de calibración establecida previamente y el promedio de
la desviación no excede de +- 8 Kg/m3 del contenido de humedad del suelo
determinado por el método nuclear, entonces no necesita ajustar la curva de
calibración.
b) Si cada una de las determinaciones del contenido de humedad hecha por
cualquiera de los métodos de calibración de arriba, es mayor que la correspondiente
por el método nuclear, ajuste cada subsiguiente determinación nuclear añadiéndole el
promedio de la diferencia.
c) En caso que fuera menor que la correspondiente por el método nuclear, ajuste cada
subsiguiente
determinación nuclear añadiéndole el promedio de la diferencia.
d) El promedio de la diferencia según a) ó b) puede ser usado para trazar la curva de
calibración corregida, la que debe ser paralela a la curva de calibración original y
trazada por la dirección y cantidad que se indica en b) ó c).
Procedimiento.
Normalización. Se requiere al principio y debe realizarse como sigue:
a) Emplee un tiempo de estabilización para el equipo.
b) Tome un mínimo de 4 lecturas repetitivas de al menos 1 minuto cada una, con
medidor en el patrón normal, este constituye un control de normalización.
c) Si el promedio de las 4 lecturas resulta fuera de los límites impuestos por la
ecuación que se indica, repita el control. Si el primero o segundo intento satisfacen la
ecuación, considere que el equipo está en condiciones satisfactorias y continúe con el
procedimiento. La relación empírica para el chequeo normalización es la siguiente:
Ns = No +- 1,96 No
Dónde:
Ns: Promedio de las lecturas repetitivas.
No: Cuenta establecida previamente para el patrón de referencia (promedio de 10
lecturas).
d) Si el segundo intento en e) no satisface la ecuación que allí se incluye, chequee el
sistema y repare el instrumento, si es necesario. Es posible usar el instrumento en
esta condición si se puede establecer una relación satisfactoria de calibración.
e) Establezca un nuevo No calculando el promedio de 10 lecturas en el patrón de
referencia.
f) Chequee la curva de calibración y si es necesario ajuste la curva de calibración.
Preparación del Sitio de Ensaye. Seleccione un lugar donde el medidor quede por lo
menos a 150 mm lejos de cualquier proyección vertical, de la siguiente manera:
a) Retire todo el material y perturbado y remueva material adicional para alcanzar la
altura del intervalo vertical que se va a ensayar.
b) Prepare un área horizontal, de tamaño suficiente para acomodar el medidor,
emparejando hasta una condición lisa de modo de obtener el máximo contacto entre
la base del medidor y el material que se va a ensayar.
c) Asegúrese que la depresión máxima de la superficie de apoyo del medidor,
emparejando hasta una condición lisa de modo de obtener el máximo contacto entre
la base del medidor y el material a ensayar.
d) Asegúrese que la depresión máxima de la superficie de apoyo del medidor no
excederá de 3mm. Use finos del lugar o arena fina para llenar huecos y saque el
exceso con una placa rígida u otra herramienta adecuada.
Nota: En la determinación, el corrector de afinamiento, debiera considerarse por la
profundidad a la cual el medidor ha sido instalado.
Nota: La colocación del medidor en la superficie del material por ensayar es crítica
para el éxito de la determinación de la humedad. La condición óptima es el contacto
total entre la superficie de apoyo del medidor y la superficie del material a ensayar.
Esto no es posible en todos los casos y se hace necesario emplear arena y otro
material similar. La profundidad del relleno de arena no debe exceder del 10% del
área del pie del medidor. Se deben considerar varias posiciones para lograr estas
condiciones.
Ensaye. Proceder de la siguiente manera:
a) Asiente firmemente
el medidor.
b) Mantenga todas las otras fuentes radioactivas lejos del instrumento de modo que
no afecten las lecturas.
c) Espere el tiempo suficiente para que el equipo se estabilice, igual que en la
normalización.
d) Coloque la fuente en posición de uso y tome una o más lecturas de 1 minuto.
Cálculos. Si el equipo no proporciona directamente los resultados procedan así:
a) Promedie las lecturas obtenidas.
b) Determine el contenido de humedad usando una curva de calibración aplicable.
c) Calcule el contenido de humedad “w” en porcentaje del peso seco del suelo, como
sigue:
W= (A/Ps) x 100
Donde:
A: Cantidad del suelo (Kg/m3).
Ps: Densidad del suelo seco (Kg/m3).
Informe. Incluya en el informe lo siguiente:
a) Ubicación.
b) Elevación de la superficie.
c) Descripción visual del material.
d) Identificación del equipo de ensaye (marca, modelo y número de serie).
e) Razón de conteos para cada lectura, si procede.
f) Contenido de humedad en Kg/m3, si procede.
g) Densidad húmeda del suelo.
h) Densidad seca del suelo.
i) Contenido de humedad en porcentaje del peso seco del suelo.
Precisión.
Determine la precisión del sistema “P” desde la gradiente de la curva de calibración
“m” y la desviación normal “s” de las señales (neutrones detectados) en cuentas por
minuto, como sigue:
P=s/m
Cuando la gradiente de la curva de calibración es determinada en el punto 160 Kg/m3
y la desviación normal es determinada por 10 lecturas repetitivas de 1 minuto cada
una (el instrumento no se ha movido después de la primera posición) en un material
que tenga un contenido de humedad de 160 +- 10 Kg/m3, el valor de “P” será menor
de 4,8 Kg/m3.
CONCLUSIÓN
Para concluir nuestro trabajo podemos indicar que el ensayo permite obtener la
densidad de terreno y así verificar los resultados obtenidos en faenas de
compactación de suelos, en las que existen especificaciones en cuanto a la humedad
y la densidad. Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de
arena, instrumentos nucleares entre otros. El método del cono de arena es aplicable
en suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50 mm. Y utilizan los mismos
principios, ósea, obtener el peso del suelo húmedo de una pequeña perforación hecha
sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la capa compactada. A
demás de ser el método más utilizado.
Podemos decir que el densímetro nuclear puede realizar mediciones de densidad en
materiales de construcción por medio de dos modos de operación. El operador
selecciona el modo de retro-transmisión o el modo de transmisión directa,
dependiendo del tipo de material y del espesor de la capa correspondiente y para una
mejor comprensión de estos lo definiremos a grandes rasgos a continuación;
Retro-transmisión
El modo de retro-transmisión es rápido y no destructivo. La fuente de emisiones
gamma y los detectores permanecen dentro del densímetro, colocado sobre la
superficie del material a analizar. Las emisiones gamma penetran el material
evaluado; las emisiones que son recibidas por los detectores son cuantificadas. La
retro-transmisión es usada principalmente en capas delgadas, sean asfálticas o losas
de concreto hidráulico.
Transmisión directa
En este modo de operación, la fuente gamma se posiciona a una profundidad
específica, dentro de la capa del material a evaluar, mediante su inserción a través de
un orificio de acceso. Las emisiones gamma son transmitidas a través del material,
hacia los detectores, dentro del densímetro. La densidad de emisión promedio, entre
la fuente gamma y los detectores es determinada. Este modo de operación minimiza
la incertidumbre ocasionada por las superficies rugosas y la composición química del
material evaluado, determinando una elevada exactitud en las mediciones. La
transmisión directa es utilizada para la evaluación en capas con espesor de medio a
grueso, de suelos, agregados, capas asfálticas y losas de concreto hidráulico.
Humedad
La medición de humedad es un ensayo no destructivo; la fuente de neutrones y el
detector permanecen dentro del densímetro, sobre la superficie del material a
analizar. Emisiones de neutrones, a alta velocidad, son introducidas en la capa
evaluada, y son detenidas parcialmente por sus colisiones contra los átomos de
hidrógeno dentro del material. El detector de helio, en el densímetro, cuenta la
cantidad de neutrones termalizados; que correlaciona directamente con la cantidad de
humedad en el material evaluado.
Después de todo lo señalado anteriormente damos término a nuestro trabajo de
investigación para posteriormente realizar una breve disertación de todo lo ya
expuesto con anterioridad. Esperamos que este haya sido de todo su agrado y
comprensión.
LOS ALUMNOS.
BIBLIOGRAFIA
Manual de Carreteras Volumen Nº 8.
Especificaciones y métodos de muestreo, ensaye y control. 2010.-
Mecánica de suelos
Juárez Badillo y Rico Rodríguez
Mecánica de suelos
Lambe
ENSAYO DE DENSIDAD DE CAMPO
CONSIDERACIONES TEÓRICAS
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en
construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene que la densidad
seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de laboratorio.
Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la
compactación, conocido como Grado de Compactación, que se define como la
relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la
densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio.
El ensayo de Densidad de Campo In – Situ se puede realizar mediante 3 métodos:
1. Densidad del suelo por el Cono de Arena
( ASTM D 1556 ).
2. Densidad y peso unitario por el Globo de Hule
( ASTM – 2167).
3. Densímetro nuclear (ASTM D 2922 y D 3017)
El método del cono de arena
El aparato del cono de arena consistirá de un frasco de aproximadamente un galón
(3.785lts.) y de un dispositivo ajustable que consiste de una válvula cilíndrica con un
orificio de 12.7mm (1/2”) de diámetro y que tiene un pequeño embudo que continua
hasta una tapa de frasco de tamaño normal en un extremo y con un embudo mayor en
el otro. La válvula deberá tener topes para evitar su rotación cuando este en posición
completamente abierta o completamente cerrada. El aparto deberá estar de acuerdo
con las exigencias indicadas.
Placa base para su uso esto puede hacer más difícil la nivelación pero permite en el
ensayo abrir agujeros de diámetro mayores y puede reducir la pérdida de suelo al
pasarlo del agujero de ensayo al recipiente, así como también ofrecer una base más
constante para ensayos en suelos blandos. Cuando se usa la placa de base deberá
considerarse como una parte del embudo en el procedimiento de este método de
ensayo.
Este ensayo consiste en determinar la densidad seca de una capa compactada cuyo
espesor no sea mayor de 20cm. Para ello se coloca una placa de densidad sobre una
superficie alisada de terreno. Esta placa tiene una abertura en el centro de 4” de
diámetro para suelos de granulometría fina y 6” para suelos de granulometría gruesa.
La placa sirve de guía placa sirve de guía para excavar un hueco de diámetro antes
indicado, según sea el tipo de suelo, hasta una profundidad de 1 A 2 veces el
diámetro. El material proveniente de la excavación se coloca en un recipiente y se
pesa. Este será el peso húmedo del terreno. Luego se llevara una muestra al horno a
fin de determinar su contenido de humedad. Posteriormente, sobre el orificio se coloca
el aparato que contiene la arena que fue previamente calibrada, y deja llenar el hueco
con la arena. El volumen que ocupa la arena dentro del hueco será el volumen del
mismo, y con el peso húmedo y a humedad se determina la densidad seca.
Método con densímetro nuclear
La determinación de la densidad total o densidad húmeda a través de este método
está basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente
radioactiva y los electrones de la orbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es
adyacente al material a medir.
Como el numero de electrones presente por unidad de volumen de suelo es
proporciona a la densidad de este, es posible correlacionar el numero relativo de
rayos gamma dispersos con el numero de rayos detectados por unidad de tiempo, el
cual es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. La lectura de la
intensidad de la radiación, es convertida a medida de densidad húmeda por medio de
una curva de calibración apropiada del equipo.
Criterio de Aceptación o Rechazo de lotes de terrenos compactados
Este es un punto donde a armonía contratista-inspección se pierde, cuando alguna de
las dos partes ha fallado. En nuestro país, las normas han exigido tradicionalmente un
mínimo de 95% de la densidad seca máxima de laboratorio, sin embargo, existe una
extensa bibliografía y experiencias.
En casos de obras de pequeña envergadura, se puede, a partir de la curva de
compactación, extraer los parámetros de aceptación y rechazo de la manera
siguiente:
Supongamos que la densidad seca máxima del ensayo de compactación es de
2.20t/m3 y el contenido de humedad óptimo es 8%. SI la aceptación es del 95% de la
densidad seca máxima, el valor mínimo será 2.09t/m3 en los cortes de este valor con
la curva y su proyección con as abscisas se obtiene el rango de humedades y
densidades secas de aceptación, estando limitado el valor según la norma en
Wopt±2%.
[pic]
[pic]: Obtenido del ensayo de compactación en el laboratorio
[pic]: Obtenido en el campo mediante el cono y arena
EQUIPO
• Dos bandejas
• 2 Taras
• 1Martillo de goma
• 1 Cincel
• 1 Cuchara
• 1 Centímetro
• 1 brocha
PROCEDIMIENTO
1. La arena (determinar su densidad)
2. La arena retenida entre el cono y la placa
PARA 1.
a) Pese el molde proctor
b) Proceda a medir el diámetro y la altura del molde
c) Tómese el envase lleno de arena con el cono de 4” y cierre el dispositivo para que
no salga la arena al voltear el recipiente
d) Coloque la placa base de 4” sobre el molde proctor con un collarín
e) Coloque el envase lleno
CONCLUSIONES
Se puede decir que la compactación de los suelos es un procedimiento de
estabilización mecánica que logra en la estructura del suelo un incremento
considerable de la Resistencia al corte pues en función directa de la densidad y la
cohesión.
También se logra disminuir la permeabilidad y compresibilidad del suelo.
Los suelos con abundantes finos como en el caso de la muestra estudiada en el
ensayo de compactación, proporciona un incremento en el potencial de expansión.
Esto puede notarse en la tendencia abierta de la curva, concluyendo que es un suelo
cohesivo.
También podemos concluir que por estar mas compactado en la rama seca, es menos
susceptible a la contracción, pero mas susceptible a la expansión potencial. La
resistencia última de los suelos con estructuras floculada es mayor a bajas
deformaciones que la resistencia de los suelos con estructuras dispersas.
En cuanto a la curva de saturación al 100% que representa la densidad seca de un
suelo en estado de saturación ocupado por el agua. Para nuestro caso la curva de
saturación está lejana a la de compactación; esto quiere decir que el suelo no estaba
bien compactado.
Basado en el criterio de aceptación y rechazo mencionado en las consideraciones
teóricas, podemos concluir que las muestras de terreno analizadas no cumplen con
las especificaciones y por ende deben rechazarse. Dicho terreno puede ser trabajado
y recompactado para volver a realizar el ensayo y comprobar si puede ser utilizado o
no.
BIBLIOGRAFIA
TERZAGUI, Karl y Ralph B. Peck. “Mecánica de suelos en la ingeniería practica”.
Barcelona, Editorial Ateneo, S.A. 3ª. Ed.
UGAS, Celso T. “Ensayo de laboratorio en mecánica de suelos”. Caracas. Mayo 1977
INTRODUCCION
En cada una de las obras de construcción, es de gran importancia tener bien definidas
las propiedades que tiene el suelo ya que este es la base sobre la cual se realizara el
proyecto. En muchos casos dichas propiedades no cumplen con lo que buscamos en
ellas, sin embargo, se pueden realizar alteraciones en estas para poder obtener las
propiedades satisfactorias.
Mediante el uso del método del cono de arena se logra determinar la densidad o masa
unitaria del suelo en el sitio o campo, este método también es utilizado para hallar el
grado de compactación del suelo, el cual se aplica para establecer un mejoramiento
del terreno para la construcción de terraplenes, realizar un control de calidad de
compactación en subrasantes para carreteras.
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en
construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene que la densidad
seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de laboratorio.
Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la
compactación, conocido como Grado de Compactación, que se define como la
relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la
densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio.
1.3 OBJETIVOS
1.3.1 OBJETIVO GENERAL
* Determinar la Densidad Seca y la Humedad de un suelo compactado en el campo y
verificar el Grado de Compactación del suelo en el campo.
1.3.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS
* Calcular el porcentaje de compactación de una muestra de suelo de campo.
* Conocer el funcionamiento correcto del equipo para realizar el ensayo del
método del cono de arena.
* Comparar la compactación obtenida por el ensayo del cono de arena con
un valor referenciado del ensayo Proctor Modificado
1.4 MARCO TEORICO
La densidad relativa es una propiedad índice de estado de los suelos que se emplea
normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen reducida cantidad
de partículas menores que 0.074 mm. (Malla # 200). La densidad relativa indica el
grado de compactación del material y se emplea tanto en suelos naturales como en
rellenos compactados.
CONCLUSIONES
* De acuerdo a los resultados obtenidos que fueron; un peso especifico seco de 1777
gr/cm3 y un contenido de humedad de 3.5% que ubicados en la grafica de la curva de
compactación del ensayo Proctor Modificado el punto queda dentro del grado de
compactación optimo que oscila entre 95% y 100% con un grado de compactación
real de 98%.
* De esto se puede analizar que en el terreno ha logrado las especificaciones de
compactación por lo tanto no es necesario incrementar la energía de compactación ni
disminuir el contenido de humedad en campo. Este resultado se a logrado debido a
que en días anteriores no a existido presencia de lluvia en el área en estudio.
1.7 RECOMENDACIONES
* El contenido de roca o material grueso que sea retenido en el tamiz # 3/4 en la
muestra de suelo dificulta este tipo de ensayo al momento de la compactación, por
ello es remendable desechar el árido grueso.
* Es aconsejable disminuir el ensayar un suelo en estado seco para lograr un
resultado real y así cumplir con las especificaciones de compactación requeridas.
1.8 BIBLIOGRAFIA
* Suelos mecánica JUARES BADILLO
* www.ingenieracivil.com/.../ensayo-del-cono-de-arena.htm...
INTRODUCCION.
Este ensayo proporciona un medio para comparar las densidades secas en obras en
construcción, con las obtenidas en el laboratorio. Para ello se tiene que la densidad
seca obtenida en el campo se fija con base en una prueba de laboratorio.
Al comparar los valores de estas densidades, se obtiene un control de la
compactación, conocido como Grado de Compactación, que se define como la
relación en porcentaje, entre la densidad seca obtenida por el equipo en el campo y la
densidad máxima correspondiente a la prueba de laboratorio.
La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un
parámetro conocido como grado de compactación, el cual presenta un cierto
porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de
la humedad optima correspondiente a la capa de material ya compactado. Esta
método es para conocer el grado de compactación, es un método destructivo ya que
se basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído
de una muestra, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactado.
El método del cono de arena fue utilizado primeramente por el cuerpo de ingenieros
de USA. y acogido por las normas A.S.T.M. y A.A.S.T.H.O. Un suelo natural o
compactado requiere la determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los
proyectos, esta verificación se logra con el cono de arena o por el densímetro nuclear.
ASPECTO TEORICO
Densidad En el suelo, como en cualquier otro cuerpo físico, la densidad se define
como la masa por unidad de volumen. Ahora bien, dado su carácter poroso, conviene
distinguir entre la densidad de sus componentes sólidos y la del conjunto del suelo,
incluyendo los huecos, por ello nos referiremos a dos tipos de densidad.
Densidad in situ El poder conocer la densidad que posee un suelo en terreno o en su
estado natural, ha sido un gran reto para los investigadores de mecánica de suelos y
científicos del área en general. Se realiza esta determinación para comprobar el grado
de compactación en rellenos compactados
artificialmente. Es muy útil en el caso de suelos sin cohesión (gravas y arenas), los
cuales, por lo general no permiten obtener muestras inalteradas, y por
medio de la densidad in situ se puede reproducir el suelo natural en la densidad
natural a partir de una muestra alterada. Un suelo natural o compactado requiere la
determinación de la densidad in situ. En la mayoría de los proyectos, esta verificación
se logra bien por el cono de arena o por el método del balón de densidad. En otros
casos, se utilizan equipos nucleares. Se obtiene el peso del suelo húmedo retirado de
una pequeña excavación de forma cilíndrica hecho sobre una superficie horizontal de
suelo. Interesa determinar el volumen de dicho hueco para calcular la densidad
húmeda del suelo a través de:
Hum
WT Vh
Donde
WT: Peso del suelo húmedo. Vh: Volumen del hoyo. Y si se obtiene el contenido de
humedad w del material excavado, el peso unitario seco del material es:
Hum sec a
1 w
Densidad Relativa La densidad relativa es una propiedad índice de los suelos y se
emplea normalmente en gravas y arenas, es decir, en suelos que contienen casi
exclusivamente partículas mayores a 0.074 mm (malla #200). La densidad relativa es
una manera de indicar el grado de compacidad (compactación) de un suelo y se
puede emplear tanto para suelos en estado natural como para rellenos compactados
artificialmente. El uso de la densidad relativa es importante en mecánica de suelos
debido a la correlación directa que ella tiene con otros parámetros como por ejemplo:
el ensayo Proctor, el ensayo C.B.R. y oros relacionados con la capacidad de soporte
de un suelo. Conceptualmente la densidad relativa indica el estado de compacidad de
cualquier tipo de suelo. La densidad relativa se obtiene de la determinación de otros
parámetros como lo son: Densidad Mínima, Densidad Máxima y la
Densidaden Sitio, de estos, los dos primeros se realizan en laboratorio y el último se
debe realizar en terreno. El ensaye es aplicable a suelos que contengan hasta un 12%
de partículas finas y un tamaño máximo nominal de 80 mm.
Densidad Real Se designa de esta forma a la densidad de la fase sólida. Es un valor
muy permanente pues la mayor parte de los minerales arcillosos presentan una
densidad que está alrededor de 2.65 gramos por centímetro cúbico. Muy semejante
es la de los minerales más abundantes en las arenas, como cuarzo, feldespatos, etc...
Los carbonatos presentan una densidad algo menor así como la materia orgánica,
que puede llegar a valores de 0.1; por lo que en horizontes muy orgánicos o
carbonatados habría que reconsiderar el valor anterior, fundamentalmente en los
primeros en los que puede calcularse aplicando los valores citados a los contenidos
relativos de fracción mineral y orgánica.
Densidad Aparente Refleja la masa de una unidad de volumen de suelo seco y no
perturbado, para que incluya tanto a la fase sólida como a la gaseosa englobada en
ella. Para establecerla debemos tomar un volumen suficiente para que la
heterogeneidad del suelo quede suficientemente representada y su efecto atenuado.
Es muy variable según el suelo, incluso en cada uno de los horizontes porque
depende del volumen de los poros. Si el suelo es compacto, la densidad sube. Su
valor en los horizontes A suele estar comprendido
DETERMINACION DE LA DENSIDAD DEL SUELO EN TERRENO
Este ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados
obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones
en cuanto a la humedad y la densidad. Entre los métodos utilizados, se encuentran:
El Método Del Cono De Arena El método del cono de arena, se aplica en general a
partir de la superficie del material compactado, este método se centra en la
determinación del volumen de una pequeña excavación de forma cilíndrica de donde
se ha retirado todo el suelo compactado (sin pérdidas de material) ya que el peso del
material retirado dividido por el volumen del hueco cilíndrico nos permite determinar la
densidad húmeda. Determinaciones de la humedad de esa muestra nos permiten
obtener la densidad seca. El método del cono de arena utiliza una arena uniforme
normalizada y de granos redondeados para llenar el hueco excavado en terreno.
Previamente en el laboratorio, se ha determinado para esta arena la densidad que ella
tiene para las mismas condiciones de caída que este material va a tener en terreno.
Para ello se utiliza un cono metálico. Método Con Densímetro Nuclear La
determinación de la densidad total ó densidad húmeda a través de este método, está
basada en la interacción de los rayos gamma provenientes de una fuente radiactiva y
los electrones de las órbitas exteriores de los átomos del suelo, la cual es captada por
un detector gamma situado a corta distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o
adyacente al material a medir.
Como el número de electrones presente por unidad de volumen de suelo es
proporcional a la densidad de éste, es posible correlacionar el número relativo de
rayos gamma dispersos con el número de rayos
detectados por unidad de tiempo, el cual es inversamente proporcional a la densidad
húmeda del material. La lectura de la intensidad de la radiación, es convertida a
medida de densidad húmeda por medio de una curva de calibración apropiada del
equipo. Método Del Balón De Caucho A través de este método, se obtiene
directamente el volumen del agujero dejado por el suelo que se ha extraído. Por
medio de un cilindro graduado, se lee el volumen de agua bombeado que llena la
cavidad protegida con el balón de caucho
METODO CONO DE ARENA
La calidad durante un proceso de compactación en campo se mide a partir de un
parámetro conocido como grado de compactación, el cual representa un cierto
porcentaje. Su evaluación involucra la determinación previa del peso específico y de
la humedad óptima correspondiente a la capa de material ya compactado. Este
método de conocer el grado de compactación es un método destructivo ya que se
basa en determinar el peso específico seco de campo a partir del material extraído de
una cala, la cual se realiza sobre la capa de material ya compactada.
FUNDAMENTO TEORICO:
Una vez establecidos, para el suelo que se va a utilizar en un sitio determinado, los
criterios de compactación, generalmente son limitaciones de humedad y densidad, es
necesario utilizar algún método para verificar los resultados. En todos los proyectos
pequeños y casi todos los proyectos grandes esta verificación se logra bien por el
cono de arena o por el método del balón de densidad.
Básicamente, tanto el método del cono de arena como el método del balón de
densidad utilizan los mismos principios. O sea, se obtienen el peso del suelo húmedo
de una pequeña excavación de forma algo irregular, hecho sobre la superficie del
suelo. Si es posible determinar el volumen de dicho hueco.
El ensayo permite obtener la densidad de terreno y así verificar los resultados
obtenidos en faenas de compactación de suelos, en las que existen especificaciones
en cuanto a la humedad y la densidad.
Entre los métodos utilizados, se encuentran el método del cono de arena, el del balón
de caucho e instrumentos nucleares entre otros.
Tanto el método del cono de arena como el del balón de caucho, son aplicables en
suelos cuyos tamaños de partículas sean menores a 50 mm. y utilizan los mismos
principios, o sea, obtener el peso del suelo húmedo (P hum) de una pequeña
perforación hecha sobre la superficie del terreno y generalmente del espesor de la
capa compactada. Obtenido el volumen de dicho agujero (Vol. Exc), la densidad del
suelo estará dada por la siguiente expresión:
hum = P hum / Vol. Exc ( grs/cc )
Si se determina luego el contenido de humedad (w) del material extraído, el peso
unitario seco será:
seco = hum / ( 1 + w ) ( grs/cc )
Cono de arena y balon de densidad
.2.2. Método con densímetro nuclear. La determinación de la densidad total ó
densidad húmeda a través de este método, está basada en la interacción de los rayos
gamma provenientes de una fuente radiactiva y los electrones de las órbitas exteriores
de los átomos del suelo, la cual es captada por un detector gamma situado a corta
distancia de la fuente emisora, sobre, dentro o adyacente al material a medir.
Como el número de electrones presente por unidad de volumen de suelo es
proporcional a la densidad de éste, es posible correlacionar el número relativo de
rayos gamma dispersos con el número de rayos detectados por unidad de tiempo, el
cual es inversamente proporcional a la densidad húmeda del material. La lectura de la
intensidad de la radiación, es convertida a medida de densidad húmeda por medio de
una curva de calibración apropiada del equipo.
Existen tres formas para hacer las determinaciones, retrodispersión, transmisión
directa y colchón de aire, entregando resultados satisfactorios en espesores
aproximados de 50 a 300 mm.(figura 2.13.).
Estos métodos son útiles como técnicas rápidas no destructivas siempre y cuando el
material bajo ensaye sea homogéneo.
- Método del balón de caucho. A través de este método, se obtiene directamente el
volumen del agujero dejado por el suelo que se ha extraído. Por medio de un cilindro
graduado, se lee el volumen de agua bombeado que llena la cavidad protegida con el
balón de caucho que impide la absorción del agua en el terreno.
Como ventaja, este método resulta ser más directo y rápido que el cono de arena,
pero entre sus desventajas se encuentran la posibilidad de ruptura del balón o la
imprecisión en adaptarse a las paredes del agujero, producto de cavidades irregulares
o proyecciones agudas lo que lo hacen poco utilizado.
- Método del densímetro de membrana. Aplicable a suelos donde predomina la grava
media y gruesa. Una vez nivelada la superficie, se coloca un anillo metálico de
diámetro aproximado de 2 mt. y se procede a excavar el material que encierra el anillo
en una profundidad aproximada de 30 cm.
Una vez removido el material, se coloca una membrana plástica que se adapta
perfectamente al interior del anillo y al fondo de la grava. Esta membrana se llena con
agua, registrando el volumen que llena la cavidad y que corresponderá al volumen de
material extraído.
- Método del cono gigante. Aplicable a suelos donde predominan las partículas
mayores a 50 mm. o en suelos como gravas uniformes, en donde la utilización de la
arena no resulta conveniente puesto que esta ocuparía los vacíos que originalmente
poseen las gravas. En reemplazo de arena, es común utilizar gravilla o bolitas de
vidrio.
- Método mediante bloques. Se utiliza para determinar la densidad de suelos
cohesivos en estado natural, en suelos compactados y suelos estabilizados, donde se
determina el peso y volumen de muestras en estado inalterado. Estas muestras son
extraídas cuidadosamente mediante un cuchillo o espátula y son recubiertas con
parafina sólida. De la pared de la excavación se extrae una muestra representativa
para determinar el contenido de humedad. La muestra no perturbada, se pesa y se
determina su volumen al depositarla dentro de un sifón, leyendo en un cilindro
graduado el volumen de agua desplazado al cual se le debe restar el volumen de
parafina que recubre la muestra para lo cual es necesario saber la densidad de ésta.
OBJETIVO
Determinar la Humedad y la Densidad Seca de los suelos en el campo mediante
métodos nucleares, sin tener que recurrir a métodos de intervención física
DESCRIPCIÓN DEL MÉTODO
Como se ha mencionado anteriormente, el presente método nos permite determinar
rápidamente y con precisión la Densidad Seca y la Humedad de los suelos en el
campo, sin tener que recurrir a métodos de intervención física, tales como la
extracción de testigos.
El equipo utilizado para este ensayo, determina la
Densidad
mediante
la
trasmisión,
directa
o retrodispersada, de los rayos gamma, cuantificando el número de fotones emitidos
por una fuente de Cesio- 137. Los detectores ubicados en la base del medidor
detectan los rayos gamma y un microprocesador convierte los conteos en una medida
de Densidad.
Por el contrario, para determinar la Humedad de los suelos y materiales semejantes,
se utiliza el principio de termalizacion de neutrones. El Hidrógeno (agua) en el material
frena los neutrones emitidos por una fuente construida de Americio 241: Berilio. La
detección de los neutrones frenados se hace mediante detectores de Helio-3 situados
en la base de la sonda.
La utilización de instrumentos nucleares para la determinación de densidades y
humedades ha sido aprobada por la ASTM (American Society of Testing and
Materials).
Funcionamiento del Densímetro
El Densímetro tiene dos modos de operación: el modo de Transmisión Directa (la
varilla con la fuente perforando el material) y el modo de Retrodispersión (la varilla se
encuentra próxima a la fuente, pero no perforando el material). Estos dos modos se
explican más ampliamente a continuación:
En el modo de Transmisión Directa, la varilla con la fuente de Cesio-173 se introduce
en el terreno hasta la profundidad deseada. Los detectores en la base de la sonda
cuantifican la radiación emitida por la varilla con la fuente. Para llegar a los detectores,
los fotones gamma deben primero pasar a través del material, donde chocan con los
electrones ahí presentes. Una alta densidad del material supone un alto número de
choques correspondientes, lo que reduce el número de fotones que llegan a los
detectores, es decir,
mientras menor sea de Número de Fotones que alcancen a
los detectores, mayor será la Densidad del material.
En el modo deRetrodispersión, los fotones gamma deben ser dispersados (o
reflejados) por lo menos una vez, antes de alcanzar a los detectores en la sonda. Para
efectuar este proceso, se coloca la varilla de manera que, la fuente y los detectores se
encuentran en el mismo plano, denominado Posición de Retrodispersión. Los fototes
provenientes de la fuente penetran en el material, y los que se dispersan son medidos
por los detectores. A fin de evitar que los fotones puedan acceder a los detectores
directamente, sin ser dispersados por el material, la sonda dispone de blindajes entre
la fuente y los detectores.
